基于矿物学特征的磁铁矿石破碎解离预测研究

为研究矿石矿物学特征对破碎后矿物解离程度的预测机制,以水厂铁矿沉积变质型磁铁矿石为研究对象,采用偏光显微镜观测矿石结构、构造与粒级组成,对比冲击破碎与二段磨矿产品的品位特征,分析磁铁矿石的破碎性质,预测矿石破碎后不同粒度范围下矿物颗粒的解离程度。结果表明,水厂铁矿磁铁矿石的结构构造简单,破碎过程中易产生沿晶断裂,冲击破碎至嵌布粒度的磁铁矿颗粒解离程度高于二段磨矿后磁铁矿颗粒的解离程度。矿石结构与构造特征可以反映矿石破碎与矿物解离的难易程度,通过分析磁铁矿石原矿矿物的粒级组成,可以有效预测矿石破碎后不同粒度范围内的矿物解离程度。研究结果丰富了矿石碎磨特性的分析方法,为矿山改进矿石加工工艺、实现节能增效提供了理论依据。     

尖端形态对磁铁矿石破碎特性的影响研究

如何降低磁铁矿石碎磨能耗是业界的重大课题。针对磁铁矿石生产过程中外观形状的高度不规则性,明确尖端形态对破碎特性的影响,为降低破碎能耗提供理论支撑。利用HOG特征提取法提取了磁铁矿石的尖端形态,运用导杆式落锤冲击试验系统,对不同尖端形态的磁铁矿石进行了冲击破碎试验。研究表明,HOG图像特征提取法提取尖端形状为单棱端、三棱端和平端;尖端突起促进了冲击破碎,且尖端部位和尖端对应的底部先破坏,以此为初始点,破坏逐渐向其他部位扩散;尖端磁铁矿石的冲击力时程曲线主要分为冲击力高幅快速震荡阶段和冲击力震荡平稳阶段,低尖端突起量冲击力高幅快速震荡阶段最显著,尖端突起量增大促使冲击力震荡平稳阶段逐渐显著,且具有良好的冲击稳定性;随着单棱磁铁矿石斜面幅度的增加,冲击力震荡平稳阶段逐渐显著。     

落锤冲击破碎下矿石碎屑分布特征实验研究

为了研究矿石冲击破碎后的块度分布情况,利用落锤冲击实验装置,对磁铁矿石试件进行不同冲击高度的破碎实验。通过定义碎屑形态特征、引入分形理论,系统地研究了碎屑的尺寸特征、分形维数等变化规律。研究表明,随着输入能的提高,相同宽厚比的碎屑累积数量与累积质量减少,长宽比则反之;相同长厚比的碎屑数量逐渐降低;长板状碎屑逐渐减少,片状碎屑逐渐增加,碎屑以长板状、柱状与板状居多;由"质量-频率法"与"特征尺度法"所求得的分形维数均逐渐增大。经比较得出,在"特征尺度法"中以碎屑的最大宽度作为特征尺度计算分维值最准确。     

落锤冲击破碎能耗试验分析

为加深对冲击破碎机理的认识,同时为模拟冲击破碎过程提供试验支撑,采用实验室设计的落锤装置对单个钨矿进行了冲击破碎试验。以破碎后质量粒级分布、平均粒径、粒度分维数及新增表面积为衡量指标,分析了试验过程中冲击破碎能量与破碎效果之间的关系,并基于前人研究基础,对表面分维数与粒度分维数进行了定量分析。结果表明:在不同冲击高度下,钨矿破碎后的质量粒级分布,在细粒级区,具有一定的线性关系;在粗料区,呈曲线关系;破碎后粒径具有分形特性,粒度分维数与冲击破碎能呈线性关系,与平均粒径具有某种函数关系。利用试验数据验证了破碎能耗分形理论中表面分维数与粒度分维数取值范围重合(D≈Ds)的正确性,表面分维数也可用于表征冲击破碎效果。     

煤体破碎过程中分形特征与能量耗散规律研究

利用DDL600电子万能试验机和自主研发的破碎岩石压实装置,采用分级加载方式对不同相对湿度下的级配破碎煤样进行单轴侧限压缩试验,通过筛分和称重各粒径煤样计算出粒度分形维数,分析各级轴向应力下破碎煤样的粒径分布特征,并根据能量耗散模型计算出破碎能量耗散率,探究加载过程中破碎煤样的能量耗散率规律。结果表明:煤样破碎过程中分形维数与加载应力满足对数关系,初始级配对分形维数变化的影响随加载应力的增大而减小,且相对湿度的增加会降低分形维数;相对湿度通过减少破碎发生而减小了煤样的能量耗散,其能量耗散率的变化区间为30%～42%;煤样的能量耗散率随分形维数呈先增大后减小的趋势,且湿度越大能量耗散率到达峰值时的分形维数越小,能耗率变化越突出。     

高压脉冲放电作用下破碎产物分形规律

高压电脉冲破碎是一种新型破碎技术,相比于传统机械破碎,具有能耗低、破碎产物单体解离度高、力学性能低等优势。通过建立破碎产物粒度分形模型及分形维数与筛下产率关系研究高压脉冲放电破碎颗粒粒度特性。研究表明,高压电脉冲破碎产物具有典型的粒度分形特征。针对负累计产率和筛孔尺寸在双对数坐标下进行线性拟合,结果表明,随着脉冲个数增加,线性回归系数增大、分形维数减小、残差平方和减小、计算值曲线和试验值曲线所围成的面积减小;随着给料粒度增大,线性回归系数减小、分形维数增大、计算值曲线和试验值曲线所围成的面积增大。破碎产物分形规律为研究矿石破碎粒度特性提供了新的思路。     

基于SHPB试验的磁铁矿石破碎特性与能量耗散研究

为掌握磁铁矿石在冲击载荷作用下的破碎特性,基于霍普金斯(SHPB)压杆装置,开展不同气压对磁铁矿石冲击压缩试验,探究磁铁矿石动态应变率和动态抗压强度与冲击气压的变化规律,解析磁铁矿石在高应变率下的破碎形态和能量规律。研究表明:随着冲击气压的增加,磁铁矿石动态抗压强度先增加后减小,冲击气压为0.6 Mpa时,动态抗压强度最大,其对应平均应变率为102.71s^-1;磁铁矿石平均应变率和峰值应变率均随着冲击气压均呈幂指数形式增加(εe=230.57p^1.46,εm=311.33p^1.81);进入入射杆的能量中,反射能所占比例为29.93%~57.95%,透射能所占比例为3.66%~25.11%,吸收能的能量利用率为36.09%~44.96%。冲击气压为0.5MPa时,磁铁矿石试样破碎效率最佳,能量利用率最高为44.96%。     

钢球级配对铁矿石的磨矿动力学研究

以4种不同级配(m40∶m30∶m20=1∶1∶1、1∶1∶3、1∶3∶1、3∶1∶1)的钢球为研究对象,基于总体平衡模型开展磨矿动力学试验,研究了不同钢球级配对铁矿石的破碎规律,确定了5种单粒级(-13.2+9.5、-6.5+4.75、-3.35+2.36、-1.7+1.18、-0.6+0.425 mm)矿石在不同钢球级配下的比破碎速率。结果表明,铁矿石破碎规律不符合一阶磨矿动力学,比破碎速率随磨矿时间的增加而减小;级配为3∶1∶1的钢球对-13.2+9.5、-6.5+4.75 mm粒级矿石的破碎效果优于其他级配的破碎效果;级配为1∶1∶3的钢球在给料粒度大于3.35 mm时磨矿效果较差,在给料粒度小于1.7 mm时磨矿效果最好。     

静载荷作用下颗粒破碎的分形统计规律研究

矿石颗粒外形的不规则、粒度的不均匀等因素致其与破碎设备的实际接触面积无法测定,导致单颗粒破碎时的实际破碎强度无法测定。为解决这一技术难点,对广西某碳酸锰矿石进行了单颗粒破碎及筛分研究,采用分形的方法,从单颗粒破碎后的分形维数入手,建立了单颗粒破碎过程中的实际抗压强度与颗粒粒径、分形维数之间的关系。结果表明：原料、返砂物料的单颗粒破碎后粒径的分形维数存在较大差异,建立了实际抗压强度与颗粒本身的单轴极限抗压强度、颗粒粒径、分形维数之间的函数关系式,利用统计规律有效地解决了工程颗粒实际破碎强度的计算问题。     

破碎矸石干湿循环长期承载变形及分形特征

为研究采空区矸石充填体干湿循环长期承载特性,运用自主研制的大尺寸破碎岩石变形-渗流试验系统,进行了破碎矸石干湿循环蠕变试验,分析了矸石岩性、轴向应力及粒径级配对破碎矸石干湿循环长期承载变形特性及分形特征的影响。结果表明:在相同轴向应力和粒径级配条件下,随岩石单轴抗压强度的增大,破碎岩石试样的碎胀系数增大,而应变、蠕变阶段的应变和碎胀系数及分形维数减小;在相同粒径级配条件下,随轴向应力的增大,破碎矸石相邻两级荷载的应变差和碎胀系数差逐渐减小,而分形维数逐渐增大;当n(Talbol幂指数)为0.5时,破碎矸石蠕变变形、压实特征值最小,n为0.3次之,而当n为0.7时最大;同时随n的逐渐增大,破碎矸石压缩后分形维数增量增大,更多的矸石颗粒被压碎。     

循环冲击条件下磁铁矿石损伤特征研究

为研究磁铁矿石循环载荷条件下的损伤发展规律,采用落锤冲击试验装置,对磁铁矿石进行了不同高度的循环冲击试验,分析了损伤因子随冲击次数和矿石吸收能的变化特征。结果表明:冲击高度较小时,前几次冲击波速与损伤因子无明显变化,随着循环冲击次数的增加,波速缓慢减小,损伤因子缓慢增加,试件发生宏观破坏时,其值发生急剧变化;随着冲击高度的增加,波速逐渐降低,试件累积吸收能和冲击次数显著减少,损伤因子增长速率明显增大;研究结果将磁铁矿石循环冲击损伤至完全断裂过程划分为三个阶段,即初始损伤阶段、加速损伤阶段、断裂阶段,存在使磁铁矿石发生一次性冲击完全断裂的最低能量。研究结果为矿山磁铁矿石破碎节能降耗提供理论依据。     

微波照射下层理矿石破碎的能耗与粒度研究

在矿山的矿石破碎过程中,存在着能耗巨大的弊端,严重阻碍了企业的绿色发展。利用落锤冲击破碎试验,结合微波加热技术,针对含层理面的矿石试件进行冲击破碎试验,并基于岩石剪切破坏角的Coulomb准则,对未经微波照射与经微波照射下,含不同层理倾角矿石的吸收能及碎屑块度分布情况进行了研究。研究表明,随着层理倾角的增大,矿石吸收能呈先降低后增大的趋势,当倾角为90°时,吸收能存在最小值;经微波加热处理后的矿石吸收能E_(WJL)低于未经微波处理的矿石吸收能E_(JL),且在10°～20°时,E_(JL)-E_(WJL)值最大。随着层理倾角的增大,矿石破碎后的平均块度呈逐渐减小趋势,破碎程度加重;经微波预处理后,矿石的平均块度显著降低,破碎程度最高;因冲击破碎后的碎屑尺寸影响,矿石的平均块度与分形维数相关性较弱。研究成果对于矿石破碎中的能耗控制具有一定参考价值。     

冲击载荷下磁铁矿石破坏机制实验研究

合理处理大块矿石对于提高矿山生产效率具有重要意义,利用落锤冲击设备对磁铁矿石试件进行不同冲击速度的动载试验。基于波动力学分析了矿石呈不同破坏特征的作用机理,建立了磁铁矿石动载破坏模型,研究了动载下磁铁矿石呈“哑铃状—整体破碎—哑铃状劈裂”的破坏机制。研究表明,因介质波阻抗的不同,动载冲击下的拉伸波与压缩波主导了矿石轴向与环形裂纹的产生;在矿石自由面处,拉伸波的叠加碰撞使矿石不断地发生层裂破坏形成新生断面,且在两自由面相交处的破坏程度较高;不同应力波作用区域形成粗糙度不同的特征断面,破碎大块矿石具有最优动载条件。     

采空区破碎岩石承压变形及分形特征研究

为了研究采空区破碎岩石的承压变形及分形特征,利用自主研制的大尺寸破碎岩石变形-渗流试验系统分别对不同岩性、不同轴向应力和不同粒径级配条件下的采空区破碎岩石进行了承压变形试验。试验结果表明:破碎岩石压实后,大粒径岩块质量减少,小粒径岩块的质量增多,处于中间粒径区间的岩块质量变化趋于稳定,岩块整体体积逐渐减小;岩石的强度与岩石压缩后分形维数呈负相关关系,岩石强度越低,抗变形能力越差,压实后分形维数越大;随着轴向应力的增大,大粒径岩块质量减少速度趋于缓慢,分形维数不断增大,分形维数的增长速度逐渐减小,最后趋向于0;破碎岩石试样中的大尺寸岩块含量越多,压实后岩石试样的分形维数增量越大,岩石破碎程度较为剧烈。     

单颗粒煤岩冲击破碎能耗与粒度分布特性试验研究

为研究原煤进入流化床锅炉前破碎的能量转化规律,在落锤冲击试验台上对淮北无烟煤和淮北烟煤进行单颗粒冲击破碎试验。分析了破碎能耗与原煤以及破碎产物粒度分布的关系,以及破碎产物的粒度分布特性。研究结果表明：随着破碎程度的加深,两种煤比冲击破碎能耗呈指数增大;煤岩颗粒的易碎性随着煤岩初始粒径的增大呈现先增大后减小的趋势;当破碎产物t10值相同时,存在一个最佳的初始原煤粒径,此时的比冲击能耗最小;同等条件下淮北烟煤较淮北无烟煤更容易破碎成细小颗粒;单颗粒冲击破碎产物的粒度分布符合tn曲线族规律,冲击功增大对破碎产物中等粗细颗粒的含量影响较为显著,对微小颗粒含量的影响不大。     

落锤法冲击次数对颗粒煤粒度分布规律的影响

在分析落锤法测定煤坚固性系数的过程及方法原理的基础上,通过粒度分布函数及级配曲线研究了冲击粉碎次数对颗粒煤粒度分布特征的影响,并指出利用颗粒煤体积量作为恒量指标大小存在的问题。研究结果表明:随着冲击粉碎次数的增加,煤样被粉碎的越来越小,颗粒煤的特征粒径不断减小并逐渐趋于稳定,冲击能的影响幅度以及粒度分布的均匀性也在不断减小,存在使得其粒度分布稳定的临界冲击次数;特征粒径与均匀系数呈现线性增长关系,与颗粒煤级配曲线的不均匀系数及曲率系数的对数呈线性衰减关系。     

不同浸水时间级配破碎煤样的粒度分布分形特征

含水条件下破碎岩体的变形及压实是引发采空区地表沉降的因素之一。为探究浸水时间、级配、轴向压缩位移3种因素对承载破碎岩体粒度分布分形特征及压实特性的影响规律,采用轴向压缩位移控制的方法,进行了小位移情况下5组不同配比破碎煤样的侧限压实试验。结果表明:1)在轴向压缩位移较小的情况下,随着浸水时间的增加,同级配破碎煤样粒度分布分形维数呈减小趋势;2)浸水时间与粒径分布分形维数曲线可用指数函数拟合;3)随着配比指数n的增大,粒度分布分形维数逐渐减小;4)随着轴向压缩位移的增加,同级配破碎煤样粒度分布分形维数与轴向应力都呈增加趋势,可以分为0~15 mm的缓慢增加阶段和15 mm后的快速增加阶段。基于破碎煤样在不同浸水时间条件下承载能力与粒度分布特征的变化规律,得出其承载能力随浸水时间增加而降低,而粒度分布分形维数呈减小趋势,从而为进一步研究破碎岩体承载条件下的强度、变形及粒度分布特征提供依据。     

颗粒级配对溜井放矿矿石混合特性的影响

将放出混合矿样的中值粒径(d₅₀)与放矿前初始中值粒径(d₅₀′)的差值与d₅₀′的百分比定义为中值粒径偏析量(MDS),并将其作为矿石混合特性的定量评价指标。以湖北金山店铁矿主溜井放矿过程为背景,借助相似试验与数值模拟,采用TFe品位在24.75%～59.21%的7种铁矿石,以及粉矿含量为11%～19%对应的5种颗粒级配,组成35种不同品位的矿石级配方案,研究主溜井放矿过程中矿石的混合特性。结果表明:相似试验与数值模拟所得结果吻合性较高;同一级配方案下,不同品位矿石放矿计算得到中值粒径偏析量的变化趋势基本一致,随着入井矿石品位升高,MDS均不断减小,矿石混合均匀性越高;同一品位、不同级配下,级配中粉矿含量占比不断增大,MDS表现为先减小后增大,矿石混合情况首先变好逐渐变差;粉矿含量为13%对应级配方案下,MDS最小,矿石混合情况最优;MDS能对溜井放矿过程中矿石的混合特性进行有效评价。     

破碎方式对冀东磁铁矿石微裂纹特性的影响

为考察矿石不同破碎方式对破碎后所得产品颗粒内部微裂纹特性存在的差异,以冀东地区某磁铁矿石为研究对象,对高压辊磨和颚式破碎2种破碎方式所得产品进行对比,分析不同破碎产品的微裂纹差异,并通过Bond球磨功指数的测定,研究微裂纹特性对磨矿产品的影响。结果表明:矿石经高压辊磨机破碎后产生的晶内裂纹和解离裂纹数量均明显高于颚式破碎机破碎后产品,随着粒度逐渐降低,颗粒中微裂纹的长度、宽度以及数量均逐渐增加,同时产品颗粒表面的粗糙度也显著增加;高压辊磨破碎产品比常规破碎产品的Bond球磨功指数(目标粒度-0.15mm和-0.074 mm)分别降低了13.55%和14.14%,采用高压辊磨破碎可有效降低磨矿能耗;在相同磨矿细度条件下,微裂纹数量多的物料,细粒级中铁矿物的含量更多,同时粒度分布也更为合理,但增长趋势随着磨矿细度增加而逐渐减弱。试验结果可以为冀东磁铁矿石降低碎磨成本,实现降本增效提供理论依据。     

不同硬度块煤冲击破碎后粒度分布特征试验研究

为了探究不同硬度的块煤在冲击破碎作用下破碎后的粒度分布特征,利用坚固性系数实验装置,对4种不同硬度的块煤进行了冲击破碎试验研究,试验结果表明:破碎功与块煤破碎后的新增表面积成线性关系,折算直径与破碎功成反比。块煤破碎后具有自相似特征,其分形维数能够反映煤的破碎程度,分形维数越大,破碎效果越好,坚固性系数f与分形维数D呈线性关系。颗粒在破碎过程中,大颗粒因周边小颗粒的存在而受到缓冲作用,使得较小颗粒由于挤压作用而优先破碎,小颗粒的缓冲作用增强了大颗粒抵抗破碎的能力,因此较小颗粒反而更容易破碎。